1 Géotechnique Calcul sismique en géotechnique 38 à 46.

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1 1 Géotechnique Calcul sismique en géotechnique 38 à 46

2 2 Eléments de sismologie

3 3 Définition d’un séisme

4 4 Tectonique des plaques

5 5 Les ondes de propagation

6 6 Puissance d’un séisme : magnitudes et intensités - La magnitude représente la quantité totale d’énergie libérée par un séisme. - Echelles de magnitude (logarithmique) : celle de Richter est la plus connue. - L’intensité traduit les effets et les conséquences d’un séisme en un lieu donné. - Echelles d’intensité : Mercalli, MSK, EMS... Magnitude  Intensité

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8 8 Durée (sec)2122434 Accélération g (%g)9223750 Magnitude M235678 Intensité II-IIVVI-VIIVIIIIX-XXI

9 9 Choix du site (identification des zones critiques) - Les failles doivent être identifiées. Apparition des failles en surface - Aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d'une zone faillée reconnue active (sauf nécessité absolue).

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13 13 Effets du site - Un site peut modifier l’action sismique en amplifiant les accélérations du sol pour certaines fréquences  Effets du site. - Effets de site topographiques (bord de falaise, rupture de pente, hétérogénéité géologique, sols meubles de grande épaisseur …).

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15 15 Séisme de Chichi (Taiwan) – 21 septembre 1999

16 16 Présence de cavités - Les zones de karst et cavités susceptibles de s’effondrer sous la structure doivent être identifiées. - Il est recommandé de réaliser des forages systématiques sous chaque appui (la position des fondations étant connue) avant démarrage des travaux. Présence de sols liquéfiables - Une étude détaillée sera présentée dans la prochaine section.

17 17 Phénomène de liquéfaction

18 18 Définition du phénomène de liquéfaction « La liquéfaction est un phénomène dans lequel une masse de sol perd un pourcentage important de sa résistance au cisaillement, sous l’action d’un chargement monotone ou cyclique, quasi statique ou dynamique, et s’écoule de manière semblable à un liquide jusqu’à ce que les contraintes de cisaillement auxquelles est soumis le matériau puissent être équilibrées par sa résistance au cisaillement réduite. » - Définition proposée par Castro et Poulos (1977), Seed (1979) et Sladen et al. (1985) : - Le terme « liquéfaction » est apparu très tôt dans la littérature géotechnique : Hazen (1920), Terzaghi (1925, 1956) … - Ce comportement est généralement observé dans le cas des matériaux sableux saturés (mais aussi dans certains types d’argiles).

19 19 Résultat typique de liquéfaction statique obtenu dans un essai triaxial de compression réalisé sur le sable d’Hostun RF dans un état très lâche (Canou et al., 1991). Liquéfaction statique Chargement monotone (quasi-statique ou dynamique)

20 20 Liquéfaction cyclique Résultat typique de liquéfaction cyclique obtenu dans un essai triaxial cyclique (Konrad, 1993). (cas des sables lâches) Mobilité cyclique (cas des sables denses)

21 21 Exemples de ruptures n’ayant pas d’origine sismique claire (Canou et al., 2002) Ruptures dans des massifs de sol naturels : - Des glissements dans la province de Zeeland, Pays-Bas (Koppejan et al., 1948). - Des glissements le long des berges du Mississipi, USA. - Des glissements dans les fjords, Norvège (Bjerrum et al., 1961). - Rupture du nouveau port de Nice, France en 1979 (Schlosser, 1985). - Rupture du port de Dunkerque, France (Blondeau, 1986). Ruptures dans des massifs de sol artificiels : - Des problèmes de stabilité liés à la mise en place de matériaux sableux par remblaiement hydraulique (dans le cadre par exemple du stockage de résidus miniers ou de la création d’îles artificielles ou de massifs sous-marins destinés à recevoir des infrastructures pétrolières).

22 22 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire - Le séisme de Niigata, Japon en 1964 (Seed et Idriss, 1967). - Le séisme d’Alaska, USA (Seed, 1968). - Le séisme de San Fernando, Californie, USA en 1971: rupture du barrage en terre Lower San Fernando par liquéfaction d’une partie même du corps de barrage formée de matériau sableux mis en place par remblaiement hydraulique. - Le séisme de Nihonkai-Chubu, Japon en 1983. - Le séisme de Loma Prieta, San Francisco, Californie, USA en 1989. - Le séisme de Luzon, Philippines en 1990. - Le séisme de Kobe, Japon en 1995 - Le séisme d’Izmit, Turquie en 1999 - ……

23 23 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : fondations de bâtiments Taiwan Immeuble sur radier ayant basculé sous l’effet du tassement de sol consécutif à un phénomène de liquéfaction. Dans ce cas, les fondations ne descendaient pas au delà de la zone liquéfiable. Une couche supérieure d’argile de résistance mécanique apparemment suffisante pour un radier peut dissimuler une couche liquéfiable plus profonde (Document EQIIS).

24 24 Niigata, Japon, 1964 Izmit, Turquie, 1999

25 25 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : glissements de terrains Kobe, Japon, 1995 Moteur du mouvement la pesanteur

26 26 Yualin, 1999

27 27 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : remblais, digues et barrages Taichung, 1999 Alaska, USA, 1964

28 28 San Fernando, Californie, USA, 1999 Effondrement du parement amont

29 29 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : épandage latéral Kobe, Japon, 1995

30 30 Alaska, USA, 1964 Guatemala, 1976

31 31 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : ouvrages enterrés Northridge, 1994

32 32 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : soutènements Kobe, Japon, 1995 Déplacement latéral de quais

33 33 Exemples de ruptures ayant une origine sismique claire : ouvrages d’art Izmit, Turquie, 1999 Costa Rica, 1991

34 34 Niigata, Japon, 1964

35 35 Étude de la susceptibilité des sols à se liquéfier : Normes et règles utilisées en France - Normes NF P 06-013. - Règles PS 92 : règles de conception et de calculs des bâtiments soumis à l’agression sismique. - Guide méthodologique pour la réalisation d’études de microzonage sismique, publié par l’A.F.P.S. en novembre 1993. - Eurocode 8. ( version définitive pour bientôt !! )

36 36 Identification des sols liquéfiables Essais de laboratoire Étude de niveau A : susceptibilité des zones Étude de niveau B : Détermination du risque de liquéfaction Géologie du site Très faible ou nulle Faible à modérée Élevée à très élevées Essais in situ Essais cycliques Pas de liquéfaction Liquéfaction peu probable Liquéfaction quasi-certaine Liquéfaction probable Sols exempts du risque de liquéfaction Sols a priori suspects de liquéfaction Étude de la susceptibilité des sols à se liquéfier : les différents niveaux d’investigation

37 37 Étude de niveau C : Détermination du risque de liquéfaction Essais in situ Essais cycliques Pas de liquéfaction Liquéfaction peu probable Liquéfaction quasi-certaine Liquéfaction probable

38 38 Sur sols sableux : Sur sols argileux : - Teneur en eau - Densité - Saturation - Analyse granulométrique - Densités min et max - Teneur en eau - Densité - Saturation - Limites de consistance Identification des sols liquéfiables : les essais de laboratoire

39 39 - les sols sableux dont la granulométrie présente un diamètre à 10% supérieur à 2mm - les sols argileux dans lesquels on a simultanément : Identification des sols liquéfiables : sols considérés comme exempts du risque de liquéfaction

40 40 Sables, sables vasards et silts présentant les caractéristiques suivantes : - granulométrie uniforme avec un coefficient d’uniformité inférieur à 15 - degré de saturation voisin de 100% - diamètre à 50% compris entre 0,05mm et 1,5mm - soumis à l’état final du projet à une contrainte verticale effective  ’ v inférieure aux valeurs suivantes : 0,2 à 0,3 MPa. 0,20 MPa en zones I a et I b 0,25 MPa en zones II 0,30 MPa en zones III Identification des sols liquéfiables : sols considérés a priori comme suspects de liquéfaction

41 41 Sols argileux présentant les caractéristiques suivantes : - limite de liquidité inférieure à 35% - point représentatif sur le diagramme de plasticité situé au-dessus de la droite A du diagramme. - diamètre à 15% supérieur à 0,005mm - teneur en eau supérieure à 90% de la limite de liquidité Identification des sols liquéfiables : sols a priori suspects de liquéfaction (suite)

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43 43 Identification des sols liquéfiables : application Sols Prof. de prélèvement m Sr%Sr% D 10 mm D 15 mm D 50 mm D 60 mm D 70 mm  ’ kN/m 3 WL%WL% W%W% Ip%Ip% Sable fin6,65840,10,150,25 0,39,3-24,1- Sable limoneux 11,4970,030,070,2050,250,279,5-25,6- Argile limoneuse 14,1-0,0020,0010,010,0150,0029,53629,713 Sondage avec prélèvement d’échantillons + essais de laboratoire

44 44 Identification des sols liquéfiables : application (suite) Sols sableuxD 10 (mm)D 10 >2mm Sable fin0,1Condition non vérifiée Sable limoneux0,03Condition non vérifiée Peut-on considérer ces sols comme exempts du risque de liquéfaction ?? Sols argileuxD 70 (mm) D 70 <74  m I p (%)I p >10% Argile limoneuse 0,002 Condition vérifiée 13 Condition vérifiée Sol exempt du risque de liquéfaction : Argile limoneuse

45 45 Identification des sols liquéfiables : application (suite) Peut-on considérer ces sols comme a priori suspects de liquéfaction ?? Sols sableux S r (%) S r  100% CuCu C u <15 D 50 (mm) 0,05mm<D 50 <1,5mm  ’ v (kPa)  ’ v <200kPa Sable fin84 Condition non vérifiée 2,5 Condition vérifiée 0,25Condition vérifiée102 Condition vérifiée Sable limoneux 97 Condition vérifiée 8,3 Condition vérifiée 0,205Condition vérifiée148 Condition vérifiée Hypothèses : - Zone I a - Surcharge éventuelle q=40kPa - Nappe subaffleurante Pourcentage de caractéristiques présentées (liquéfaction) : Sable fin : 75% Sable limoneux : 100%

46 46 Identification des sols liquéfiables : application (suite) Sols argileux D 15 (mm) D 15 >0,005mm W L (%) W L <35% W (%) W>0,9W L I p (%) - Argile limoneuse 0,001 Condition non vérifiée 36 Condition non vérifiée 29,7 Condition non vérifiée 13 Condition vérifiée Pourcentage de caractéristiques présentées (liquéfaction) : Argile limoneuse : 25%

47 47 Susceptibilité des zones Très faible ou nulle Faible à modérée Élevée à très élevées Étude de niveau A (la géologie du site)

48 48 Étude de niveau B : essais utilisés Essais de laboratoire : (sur des échantillons non remaniés) Essais in situ : (lorsqu’il existe pour le type d’appareil utilisé des corrélations bien établies entre les indications de l’essai et la liquéfaction ou la non-liquéfaction des sols) - Essai cyclique à l’appareil triaxial - Essai cyclique à la boîte de cisaillement à parois latérales mobiles - Essai cyclique de cisaillement par torsion - Essai de pénétration dynamique, essai SPT (Standard Penetration Test) - Essai de pénétration statique (pénétration d’un cône ou d’un piézocône) - Essai au pressiomètre

49 49 Étude de niveau B Zone de sismicité Classe de protection des ouvrages Type de sol Profondeur Nombre de cycles équivalents n Accélération nominale a N ET Site ET Accélération maximale de surface a max Résistance au cisaillement cyclique  l ET Contrainte de cisaillement cyclique engendrée par le séisme  e Coefficient de sécurité FS ET

50 50 Zone 0 Zone I Zone I a Zone I b Zone II Zone III Étude de niveau B : zones de sismicité (en France) Le territoire Français est divisé, par voie de décret, en zones de sismicité croissante.

51 51 Classe A Ouvrages dont la défaillance ne représente qu’un risque minime pour les personnes ou l’activité économique. Perrons et escaliers posés à même le sol, mûrs de clôture de moins de 1,80 m de hauteur; constructions agricoles à usage de cheptel vif, de remisage du matériel et des récoltes dans les exploitations individuelles; constructions en simple rez-de-chaussée à usage de garage ou d’atelier privé, etc. Classe B Ouvrages et installations offrant un risque dit « courant » pour les personnes. Habitations, bureaux, locaux à usage commercial, ateliers, usines, garages à usage collectif, etc. Classe C Ouvrages représentant un risque élevé pour les personnes ou en raison de leur fréquentation ou de leur importance socio-économique. Établissements d’enseignement, stades, salles de spectacles, halls de voyageurs, et d’une façon générale, Établissements Recevant du Public (ERP) de 1ère, 2ème, 3ème catégories; musées; centres de production ou de distribution d’énergie, etc. Classe D Ouvrages et installations dont la sécurité est primordiale pour les besoins de la Sécurité Civile, de l’ordre public, de la Défense et de la survie de la région. Hôpitaux, casernes, garages d’ambulances, dépôts de matériel de lutte contre l’incendie, etc., musées, bibliothèques, abritant des œuvres majeures ou des collections irremplaçables, etc. Étude de niveau B : classes de protection des ouvrages

52 52 Zones de sismicité Classes d’ouvrages ABCD 0---- IaIa -1,01,52,0 IbIb -1,.52,02,5 II-2,53,03,5 III-3,54,04,5 Étude de niveau B : détermination de l’accélération nominale a N (m/s 2 ) En fonction des zones de sismicité et des classes de risque, les valeurs de l’accélération nominale sont fixées par voie d’arrêté.

53 53 Étude de niveau B : détermination du nombre de cycles équivalents n Zone de sismicité n I a et I b 5 II10 III20 On considère que, du point de vue de la liquéfaction, l’action de n cycles équivalents produit les mêmes effets que ceux d’un séisme réel. n dépend de la magnitude M s, ou de la durée du séisme.

54 54 Étude de niveau B : classification des sols

55 55 Étude de niveau B : classification des sites Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes : Sites S 0 :sites rocheux (site de référence) sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15m Sites S 1 :sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15m Sites S 2 :sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15 et 20m sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m Sites S 3 :sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100m Pour les sites comportant des sols du groupe c en épaisseur supérieure à 100m, il convient de procéder à une étude particulière.

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57 57 Étude de niveau B : détermination de l’accélération maximale de surface a max (m/s 2 ) Sitea max S1S1 aNaN S2S2 0,9a N S3S3 0,8a N

58 58 Étude de niveau B : Calcul de la contrainte de cisaillement cyclique  e Coefficient d’atténuation de la contrainte avec la profondeur Contrainte verticale totale (KN/m 2 ) Accélération maximale de surface (m/s 2 ) Accélération gravitationnelle (m/s 2 ) Résistance au cisaillement cyclique  l ?? SPT Pénétromètre statique Pressiomètre…

59 59 Coefficient d’atténuation de la contrainte avec la profondeur : r d

60 60 Étude de niveau B : Calcul de la résistance au cisaillement cyclique  l Essai SPT Contrainte verticale effective (kN/m 2 ) Nombre de coups SPT Nombre de coups SPT corrigé Teneur en fines du matériau ≈5%>10% Zone de sismicitéIIIIIIIIIIII Coefficient A 1,7×10 -2 1,0 × 10 -2 5,0 × 10 -3 2,5 × 10 -2 1,2 × 10 -2 5,0 × 10 -3

61 61 lower San Fernando dam Nombre de coups SPT corrigé Résistance au cisaillement cyclique (kPa)

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63 63 Diagrammes empiriques pour l’analyse simplifiée de la liquéfaction (Eurocode8) Pour d’autres magnitudes on multiplie l’ordonnée par le coefficient CM

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65 65 Étude de niveau B : Calcul de la résistance au cisaillement cyclique  l Essais au piézocône ou au pénétromètre statique Corrélations (Cassan, 1988) : Matériauq C /N (MPa) Argiles0,1 à 0,2 Argiles limoneuses0,2 à 0,3 Argiles sableuses0,3 à 0,4 Sables0,3 à 0,6 Sables argileux ou limoneux0,35 à 0,45

66 66 Étude de niveau B : Calcul de la résistance au cisaillement cyclique  l Essais pressiométriques Corrélations (Cassan, 1988) : MatériauN/p l * (MPa -1 ) N/E M (MPa -1 ) Argiles15 à 20 1 à 1,5 Limons30 3 Sables15 à 20 1,5 à 2 Craie10 à 20 1

67 67 FS ≥ 2-Pas de liquéfaction 1,5 ≤ FS < 2,0 liquéfaction accompagnée de désordres peu dommageables Liquéfaction peu probable 1,0 ≤ FS < 1,5 liquéfaction accompagnée de désordres dommageables Liquéfaction probable FS < 1,0 liquéfaction accompagnée de désordres très dommageables Liquéfaction quasi-certaine Étude de niveau B : Calcul du coefficient de sécurité

68 68 Les sols considérés, présentent les caractéristiques suivantes : Application (affaire Fos 2XL-Marseille) Objet : Construction de deux quais et approfondissement des accès par dragage - Dépôts de zone côtière, plus précisément de delta - Dépôts récents - Profondeur de nappe faible, inférieure à 3 m la susceptibilité des sols à la liquéfaction est élevée à très élevée Étude de niveau A

69 69 Étude de niveau B : application (Fos 2XL-Marseille) Zone de sismicité IaIa Classe d'ouvrage C Classification du site S3S3 Accélération maximale de surface a max = 1,2 m/s 2 Surcharge (kPa) 40 Formations Profondeur toit z (m) Poids volumique humide (kN/m 3 ) Sable 019 Limon argileux 4,518 Grave 15,520 Niveau de la nappe 0 Essai pressiométrique Profondeur Pression limite z (m)pl* (MPa) 1,50,34 3,50,6 6,50,23 7,50,15 90,31 10,50,35 120,15 13,50,2 150,18

70 70 Profondeur Contrainte de cisaillement cyclique z (m)  e (kPa) 1,55,4 3,58,4 Résistance au cisaillement cyclique  l (kPa) 12,58 31,03 Coefficient de sécurité FS 2,31Pas de liquéfaction 3,70Pas de liquéfaction

71 71 Essai de pénétration statique Formations Profondeur toit z (m) Poids volumique humide (kN/m 3 ) Sable 019 Limon argileux 8,818 Grave 20,520 Niveau de la nappe 1,8 Zone de sismicité IaIa Classe d'ouvrage C Classification du site S3S3 Accélération maximale de surface a max = 1,2 m/s 2 Surcharge (kPa) 40 Profondeur Résistance en pointe z (m)q C (Mpa) 13 22 32 43 53 63 72 82 90,7 101 111 121 131 141 151 163 173 183 193

72 72 Profondeur z (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 Contrainte de cisaillement cyclique  e (kPa) 4,7 6,2 7,7 9,1 10,5 11,9 13,2 14,5 Résistance au cisaillement cyclique  l (kPa) 12,69 8,82 9,31 15,22 15,82 16,40 11,06 11,47 Coefficient de sécurité FS 2,71 Pas de liquéfaction 1,43 Liquéfaction probable 1,21 Liquéfaction probable 1,67 Liquéfaction peu probable 1,50 Liquéfaction peu probable 1,38 Liquéfaction probable 0,83 Liquéfaction quasi-certaine 0,79 Liquéfaction quasi-certaine

73 73 Étude de niveau C Même procédure que dans l’étude de niveau B mais détermination différente de la contrainte de cisaillement cyclique  calculs dynamiques de propagation d’onde avec une réponse de site linéaire équivalente ou non linéaire (comportement viscoélastique des sols en place).

74 74 Comment diminuer le risque de liquéfaction ?? Construire hors zones liquéfiables !!! Renforcer le sol par des techniques destinées à neutraliser le potentiel de liquéfaction. Prendre en compte le risque de liquéfaction et de ses conséquences dans la conception et le dimensionnement des ouvrages. - Malheureusement, ce n’est pas toujours possible - Parfois mise en œuvre techniquement impossible ou trop onéreuse - Méthodes spécifiques complexes (prise en compte de l’interaction sol liquéfié- structure, simulations numériques …) : recherches en cours !

75 75 Traitement des sols liquéfiables par colonnes ballastées Objectif : ↑ la résistance des sols liquéfiables et ↓ le risque de liquéfaction (ballast de granulométrie incompatible avec la liquéfaction + drainage).

76 76 Selon Priebe (1998), la contrainte de cisaillement cyclique est divisée par un facteur d’amélioration : Surface de la colonne Surface de la maille

77 77 Application (Fos 2XL-Marseille) Traitement par colonnes ballastées Surface de la colonne A c (m²)0,5 Surface de la maille A (m²)5,41 facteur d'amélioration a0,092 φ c (°)38 Coefficient de poussée du ballast K ac 0,238 Facteur d’amélioration n 0 1,336

78 78 Profondeur z (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 Contrainte de cisaillement cyclique amélioré  e amélioré (kPa) 3,5 4,6 5,7 6,8 7,9 8,9 9,9 10,9 Coefficient de sécurité FS 3,6 Pas de liquéfaction 1,9 Liquéfaction peu probable 1,6 Liquéfaction peu probable 2,2 Pas de liquéfaction 2,0 Pas de liquéfaction 1,8 Liquéfaction peu probable 1,1 Liquéfaction probable 1,1 Liquéfaction probable

79 79 Répartitions des zones de liquéfaction sur l’ensemble du site Avant traitement Après traitement

80 80 Après traitement des sols par colonnes ballastées, l’étude a montré que : - Les sables supérieurs ne sont pas liquéfiables ; - Les limons, dans la partie inférieure de la couche, ne sont pas liquéfiables ; - Le risque de liquéfaction des limons, dans la partie supérieure de la couche, est très ponctuel et ne concerne que des passages de limons présents en profondeur. Distribution des risques de liquéfaction des limons, dans leur partie supérieure

81 81 Traitement des sols liquéfiables par inclusions rigides

82 82 Projet : pont Rion-Antirion (Grèce)

83 83 Alluvions récentes de caractéristiques très médiocres présentes en épaisseur très importante ( > 500m ) Eaux profondes Activité sismique très élevée

84 84 200 inclusions sous chaque fondation Pieux de fondation Caissons enterrés Substitution du sol Fondation superficielle sur sol renforcé

85 85 Couche de gravier Tubes métalliques battus

86 86 Diamètre : 2 m Épaisseur : 20 mm Longueur : 25 m à 30 m Espacement : 7 m x 7 m

87 87 Essais en centrifugeuse

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93 93 Traitement des sols liquéfiables par compactage statique ou dynamique

94 94 mortier visqueux plus ou moins fluide à base de ciment avec adjuvants éventuels Compactage statique : injection solide Objectif : augmenter le niveau de contrainte entre les grains du sol jusqu’à sortir le sol des critères rendant possible le phénomène de liquéfaction. Foreuse pour injections

95 95 Compactage dynamique Pilon de plusieurs dizaines de tonnes Chute libre sur une hauteur de plusieurs dizaines de mètres Objectif : augmenter la cohésion des sols par densification  réduire (voire éliminer) le risque de liquéfaction. Attention !!! - A appliquer seulement dans des sites vastes et inoccupés. - Nécessite l’intervention d’engins lourds.

96 96 Traitement des sols liquéfiables par substitution en surface Lorsque la profondeur de la couche à traiter est faible (en général, inférieure à 4 mètres)  Critère de liquéfaction éliminé est la granulométrie défavorable du sol. 1 ère étape : Terrassement 2 ème étape : Mise en place par gravité d’un matériau de substitution (ballast, gros béton)

97 97 - Si les délais permettent !!! Traitement des sols liquéfiables par pré-chargement

98 98 Phénomène de liquéfaction Cas de la Tunisie - Le phénomène de liquéfaction est très mal connue en Tunisie. - Le séisme de Sidi Thabet, 12/12/1970 (magnitude 5,1). Elmay, 2004

99 99 Elmay, 2004 Remonté de sable sous l’effet de la liquéfaction

100 100 Répartition spatiale des épicentres des séismes depuis l’an 410 (selon le catalogue sismique actualisé en mai 2005), (Bouden- Romdhane et Ksentini, 2005).

101 101 Répartition dans l’histoire de la fréquence des séismes depuis l’an 410 (selon le catalogue sismique actualisé en mai 2005), (Bouden-Romdhane et Ksentini, 2005).

102 102 Isovaleurs de l'accélération maximale à la surface pour une période de retour de 200 ans (Bouden-Romdhane et Ksentini, 2005).

103 103 Les grandes entités géomorphologiques de la ville de Tunis (Bouden-Romdhane et Mechler, 1998).

104 104 Les grandes entités géotechniques de Tunis (Bouden-Romdhane et Mechler, 1998).

105 105 Susceptibilité du sol tunisois à la liquéfaction (résultats du master recherche de S. ANIBI, 2005) Zone I : C’est une succession de remblais, de complexe vaseux (20 premiers mètres) et des formations argilo-sableuses; des argiles vaseuses grises et vertes (entre 20 et 40 m de profondeur) et des argiles vaseuses jaunes (entre 40 et 60 m de profondeur environ). Zone II : Elle entoure la zone précédente et intègre les versants des reliefs nord et ouest, elle est composé d’une couverture tufeuse (d’épaisseur 15 m à Bab Souika et 4 m sur les versants de la colline Errabta). Zone III : Elle intéresse les sommets des reliefs nord et ouest. Ce sont des terrains à dominance argileuse avec quelques niveaux de sable. Zone IV : C’est une succession de remblais, d’une alternance de roches tufeuses argilo-sableuse et de croûte calcaire, de vases argileuses grises de 5 à 15 m d’épaisseur et enfin un substratum argileux. Zone V : Elle englobe les reliefs sud de Tunis, la colline de Sidi Bel Hassen-Jellez. Elle est formée de calcaire et de calcaire marneux d’âge Eocène inférieur et Crétacé.

106 106 Identification des sols liquéfiables Anibi (2005) a trouvé que les argiles de Tunis (localisées à des profondeurs variables entre 2m et 60 m) ne présentent pas en général de risque de liquéfaction sauf pour quelques échantillons collectés à proximité immédiate du Lac de Tunis (au niveau des quartiers de Lafayette et Mont Plaisir, autour du Lac Nord de Tunis, et à l’aplomb du pont La Goulette-Radès). Anibi (2005) a montré que les formations superficielles des 20 premiers mètres de la zone géotechnique I présentent un risque élevé à la liquéfaction. Étude de niveau A : susceptibilité des zones

107 107 Étude de niveau B : Détermination du risque de liquéfaction Anibi (2005) a montré l’existence de couches de sol (sableuse et argileuse) présentant un risque modéré à important à la liquéfaction; ces couches se situent à des profondeurs variant entre 0.2 et 25 m et dépassant les couches mises en évidence par l’étude de niveau A. Anibi (2005) a montré que le risque de liquéfaction est inférieur à celui mis en évidence par le niveau B et que les vases de Tunis amplifient le signal sismique pour des faibles valeurs d’accélérations horizontales maximales (0.05g) et l’atténuent pour les valeurs supérieures. Étude de niveau C : Détermination du risque de liquéfaction

108 108 Propriétés des sols nécessaires pour les calculs sismiques

109 109 Caractéristiques de résistance  Généralement on utilise la résistance au cisaillement non drainée c u ou les caractéristiques en contraintes totales c et tg φ (conditions statiques non drainées). on peut aussi utiliser des caractéristiques en contraintes effectives (avec la pression d'eau interstitielle appropriée) engendrée lors du chargement cyclique. Caractéristiques de raideur et d’amortissement Module de cisaillement du sol Poids volumique du sol Accélération de la pesanteur Vitesse de propagation des ondes de cisaillement

110 110

111 111 Fondations en zones sismiques

112 112 Fondations en zones sismiques Type de fondation Capacité portante RenversementGlissementDéplacement latéral Fondations superficielles oui - Caissonsoui-- Pieux de fondation oui-- - Les fondations doivent être capables de bien transmettre les charges appliquées au sol. - Elles doivent être mécaniquement stables. - Elles ne doivent pas causer des déplacements excessifs. Vérification de la stabilité des différents types de fondations

113 113 - Les points d’appui d’un même bloc doivent être solidarisés par un réseau bidimensionnel de longrines (ou tout autre système équivalent) tendant à s’opposer à leur déplacement relatif dans le plan horizontal.

114 114 Fondations superficielles en zones sismiques - Les charges transmises à la fondation sont calculées en prenant en compte l’interaction sol-structure (une analyse linéaire : réponse d’une semelle rigide dans un demi-espace multicouche élastique). - La fondation est modélisée par sa rigidité et son amortissement. - On utilise une formulation élasto-dynamique : k 11 000-k 15 0 0k 22 0k 24 00 00k 33 000 0k 42 0k 44 00 -k 51 000k 55 0 00000k 66 1 à 3 : translations 4 à 5 : rotations 6 : torsion

115 115 Estimation des tassements sismiques

116 116 Fondations profondes en zones sismiques - L’emploi des fondations profondes inclinées est interdit. Ferraillage sur toute la longueur du pieu. Nombre minimal d’armatures : 6. Diamètre minimal des armatures : 12 mm. Section totale rapportée à la section nominale du pieu : * Minimum : 0,5% (sols de types a ou b) et 0,6% (sol de type c). * Maximum : 3%. - Ferraillages longitudinales:

117 117 - Ferraillages transversales: Diamètre minimal des armatures : 6 mm. Pourcentage minimal en volume : * En zones courantes : 0,6%. * En zones critiques : 0,8%. Espacement maximal de nu à nu des spires ou des cerces : * En zones courantes : 12 fois le diamètre des armatures longitudinales. * En zones critiques : 10 cm.

118 118

119 119 Fondations profondes en zones sismiques Une méthode simplifiée de calcul (PS92) - Cette méthode simplifiée consiste à déterminer la déformée d’un profil de sol sous l’action du séisme et à calculer les pieux en admettant que leur déformée propre est identique à celle du sol considéré. Calcul d’un pieu sous séisme  Calcul d’un pieu sous vent Le sol provoque la déformation du pieu Le pieu déforme le sol (pieu sollicité en tête par un effort horizontal

120 120 Fondations profondes en zones sismiques Hypothèses de la méthode simplifiée - Réaction du sol négligée. - Pieux supposés articulés en pied et encastrés en tête. - La section totale des pieux ne dépasse 5% de l’emprise qu’elle délimite. - La structure présente, à proximité de la tête des fondations, un diaphragme horizontal de rigidité suffisante pour uniformiser les déplacements de ces dernières. - La structure est suffisamment encastrée dans le sol pour qu’on puisse considérer que les déplacements de sa base s’identifient à ceux du sol situé dans son emprise.

121 121 Fondations profondes en zones sismiques Domaines d’application de la méthode simplifiée - Pieux en béton moulé dans le sol et pieux exécutés à la tarière creuse. - Barrettes en béton moulé dans le sol. - Puits. - Pieux battus préfabriqués en béton armé. - Pieux battus métalliques tubulaires, pieux H, caissons de palplanches ou palplanches. - Micropieux et pieux injectés sous pression.

122 122 Fondations profondes en zones sismiques Procédure de calcul de la méthode simplifiée Définir l’équation de la déformée du profil de sol correspondant au mode fondamental d’oscillations libres de la colonne de sol Calculer la période de ce mode de vibration afin de déterminer le déplacement maximum du sol La comparer à celle de la structure supportée afin de déceler un phénomène de résonance éventuel sol-structure

123 123 Fondations profondes en zones sismiques Données nécessaires pour appliquer la méthode simplifiée - Le module de résistance du sol au cisaillement G. - La masse volumique du sol . - Epaisseur de la couche de sol H. - Longueur du pieu h. - Module d’élasticité du pieu E. - Inertie du pieu I. - Section du pieu S. - Contrainte verticale statique exercée sur le pieu p. - Accélération de la pesanteur g. - Accélération nominale a N.

124 124 Fondations profondes en zones sismiques Calcul de la période de vibration du sol Sol monocouche Sol multicouche

125 125 Fondations profondes en zones sismiques Pieu appuyé en pointe Sol monocouche = 1 en site de type S 1 = 0,9 en site de type S 2 = 0,8 en site de type S 3

126 126 Sol multicouche Remplacer  et G respectivement par  s et G s

127 127 Fondations profondes en zones sismiques Pieu flottant

128 128 Fondations profondes en zones sismiques Condition de non-résonance - Il doit être vérifié que les fondations profondes n’entrent pas en résonance avec la colonne de sol. - Cette condition est satisfaite si Période fondamentale de la couche de sol Période fondamentale de l’ensemble structure/fondation (sol supposé immobile) Facteur numérique variant entre 2 et 4

129 129 Fondations profondes en zones sismiques Interactions inertielle et cinématique Interaction inertielle Interaction cinématique Écoulement latéral (lateral spreading)

130 130 Fondations profondes en zones sismiques exemple: bâtiments à Kobe, Japon, 1995 - Déplacement horizontal permanent du sol : 1 à 1,5 m - Fondations : pieux en B.P. (L=26m et D=50cm) N SPT : 2 à 20 Sable liquéfié

131 131 - Glissement des bâtiments : 40 à 60 cm - Rotation : 1/39

132 132 Inclusions rigides en zones sismiques exemple: viaduc d’approche d’Antirion, Grèce (Montassar et al., 2005) 25m liquefiable zone 8m 12m 5m residual strength viscosity coefficient ?

133 133 Code de calcul “LatSpread” (Montassar, 2006) t = 0 st = 2 st = 4 st = 6 st = 8 st = 10 st = 12 st = 14 st = 16 st = 18 st = 20 st = 22 st = 24 st = 26 st = 28 st = 30 st = 32 st = 34 st = 36 st = 38 st = 40 st = 42 st = 44 st = 46 st = 48 st = 50 s velocity profile drag force profile

134 134 Stabilité des pentes en zones sismiques

135 135 Approche Pseudo-statique Coefficients sismiques Combinaisons à étudier

136 136 Surface de glissement la plus critique

137 137

138 138 Approche par éléments finis

139 139 Soutènements en zones sismiques

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